综合利用包钢高炉瓦斯灰制备微晶玻璃的工艺研究

论文摘要

微晶玻璃是一种新型无机非金属材料,具有许多优异性能。利用包钢高炉瓦斯灰制备微晶玻璃,既使废弃资源获得再生,又提高了材料的技术含量和附加值,同时使瓦斯灰的利用提高到一个更高的层次,为包钢高炉瓦斯灰的综合利用开辟了一条新的途径,具有明显的环境效益、经济效益和社会效益。本文以包钢高炉瓦斯灰、石英砂、生石灰、氧化铝为主要原料,TiO2为晶核剂,采用融熔法制备高炉瓦斯灰微晶玻璃,并且高炉瓦斯灰综合利用率可达50%。在分析包钢高炉瓦斯灰成分的基础上,设计了基础玻璃的组成,选择了合适的熔化温度,确定了瓦斯灰微晶玻璃的工艺制度,同时在试验过程中采用DSC、SEM等先进的检测手段,对试样的微晶结构和理化性能进行分析研究,以获取制备工艺的先进性和合理性,为瓦斯灰综合利用提供技术支持和理论依据。经过广泛探索和大量的试验,确定了包钢高炉瓦斯灰制备微晶玻璃的最佳工艺参数。所制得微晶玻璃的性能指标为:抗压强度大于480MPa;维氏硬度1354Hv;DSC分析结果表明,加入包钢高炉瓦斯灰,微晶玻璃的核化温度和晶化温度都降低,并且析出的硅灰石类晶相增加。适当的热处理工艺制度可使基础玻璃有效地成核与晶化,进而制得细小晶体均匀分布的微晶玻璃材料。通过试验设计安排热处理方案,经分析比较,确定包钢高炉瓦斯灰微晶玻璃最佳的热处理工艺参数为:玻璃的熔化温度为1450℃,保温3小时,退火温度为600℃,保温时间为5小时。以6℃/min的速率升至核化温度680℃,保温2小时;然后以4℃/min的速率升至晶化温度940℃,保温2小时,然后随炉冷却。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 微晶玻璃的概况
• 1.1.1 微晶玻璃的发展概况及国内外研究现状
• 1.1.2 微晶玻璃的特点
• 1.1.3 微晶玻璃的分类
• 1.1.4 微晶玻璃的制备技术
• 1.1.5 微晶玻璃的析晶过程
• 1.1.6 微晶玻璃的晶体结构
• 1.1.7 微晶玻璃的应用
• 1.2 课题研究的内容和意义
• 1.2.1 本课题研究内容
• 1.2.2 研究意义和课题创新
• 2 实验过程及研究方法
• 2.1 实验工艺流程图
• 2.1.1 基础玻璃制备工艺流程图
• 2.1.2 微晶玻璃制备工艺流程图
• 2.2 实验设备及原料
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验原料
• 2.3 微晶玻璃样品的制备
• 2.3.1 主晶相的选择
• 2.3.2 微晶玻璃化学组成的设计
• 2.3.3 基础玻璃的制备
• 2.3.4 微晶化热处理制度的初步确定
• 2.3.5 玻璃的核化、晶化处理
• 2.4 分析与测试
• 2.4.1 差示扫描量热分析（DSC）
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.3 金相显微硬度测定
• 2.4.4 Axiovert25 型金相显微镜
• 2.4.5 吸水率的测定
• 2.4.6 体积密度的测定
• 2.4.7 抗压强度的测定
• 2.4.8 耐酸碱性的测定
• 3 瓦斯灰含量对微晶玻璃微观组织和性能的影响
• 3.1 瓦斯灰含量对微晶玻璃核化温度和晶化温度的影响
• 3.2 瓦斯灰含量对微晶玻璃硬度、密度和吸水率的影响
• 3.3 瓦斯灰含量对微晶玻璃微观组织的影响
• 3.4 瓦斯灰含量对微晶玻璃抗压强度的影响
• 3.5 本章小结
• 4 热处理工艺对微晶玻璃微观组织和性能的影响
• 4.1 热分析动力学机理
• 4.2 核化温度对微晶玻璃性能的影响
• 4.2.1 核化温度对微晶玻璃硬度的影响
• 4.2.2 核化温度对微晶玻璃密度和吸水率的影响
• 4.3 晶化温度对微晶玻璃微观组织和性能的影响
• 4.3.1 晶化温度对微晶玻璃微观组织的影响
• 4.3.2 晶化温度对微晶玻璃硬度、密度的影响
• 4.3.3 晶化温度对微晶玻璃化学稳定性的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢